Eine neue Biotech-Organisation in Seattle wird mit 75 Millionen US-Dollar finanziert, um „DNA-Schreibmaschinen“ zu erforschen, selbstüberwachende Zellen, die unser Verständnis der Biologie auf den Kopf stellen könnten. Die Zusammenarbeit zwischen der University of Washington, der Chan-Zuckerberg-Initiative und dem Allen Institute ist bereits im Gange.
Genannt Seattle Hub für Synthetische BiologieDie gemeinsame Initiative wird das Fachwissen der beiden gut finanzierten Forschungseinrichtungen mit dem von UW Medicine kombinieren und an dem arbeiten, was Jay Shendure von der UW, wissenschaftlicher Leiter des Projekts, „ein neues Modell der Zusammenarbeit“ nannte.
Der Hub (nicht zu verwechseln mit dem HUB oder Husky Union Building auf dem UW-Campus) zielt darauf ab, ein Gleichgewicht zwischen einem desinteressierten intellektuellen akademischen Ansatz und einem entwicklungsorientierten kommerziellen Ansatz zu finden. Mit den 75 Millionen US-Dollar wird die Organisation fünf Jahre lang finanziert, mit der Option auf Verlängerung.
„Es gibt keinen strikten Fahrplan und wir behaupten nicht, dass wir am Ende ein Milliarden-Dollar-Unternehmen gründen werden“, sagte mir Shendure in einem Interview. „Das, was wir anstreben, ist keineswegs garantiert erfolgreich – und es wäre auch nicht so aufregend, wenn es so wäre. Aber wir sehen einen plausiblen Weg und ich hoffe, dass wir nach fünf Jahren nicht die Einzigen sind, die diese Technologie nutzen.“
Die fragliche Technologie ähnelt konzeptionell, wenn nicht sogar tatsächlich, einer „Smartwatch für Zellen“. Aber trotz der Abbildung sollten Sie sich nicht vorstellen, dass ein rotes Blutkörperchen eine Apple Watch trägt. Wenn überhaupt, sollten Sie es sich beim Journaling vorstellen.
Bildnachweis: Seattle Hub für Synthetische Biologie
„Biologie geschieht im Verborgenen und im Laufe der Zeit“, erklärte Shendure. „Denken Sie darüber nach, wie wir Dinge in biologischen Systemen im Allgemeinen messen. Mit dem Mikroskop oder sogar mit bloßem Auge betrachten Sie das System, sind aber in dem, was Sie sehen können, begrenzt. Selbst wenn wir das Gewebe aufbrechen, können wir das Genom und das Proteom messen, aber wir blicken auf einen bestimmten Zeitpunkt. Wenn wir alle Dinge betrachten wollen, die eine Zelle im Laufe der Zeit erlebt, können wir das nicht sehen.“
Es gibt viel Forschung zur Einzelzellüberwachung mit verschiedenen Methoden, aber bei den meisten geht es darum, die Zelle entweder aus dem System zu entfernen oder etwas Invasives zu verwenden, wie zum Beispiel eine Mikroelektrode, die ihre Wände durchdringt. Aber Zellen verfügen tatsächlich über einen eingebauten Aufzeichnungsmechanismus: DNA. Neuere Forschungen haben gezeigt, dass es möglich ist, DNA und die damit verbundene mikrobiologische Architektur zu nutzen als Speichermedium für beliebige Informationen.
„Das Genom ist im Wesentlichen eine digitale Einheit mit A, G, T, C anstelle von 1 und 0. Das ist insofern nützlich, als wir sehr ähnlich wie mit einer Schreibmaschine darauf schreiben und dies im Prinzip zum Aufzeichnen nutzen können.“ Informationen im Laufe der Zeit“, sagte Shendure.
„Im Prinzip“ ist natürlich eine andere Art zu sagen: „Wir haben es noch nicht geschafft“, aber es ist keine Fantasie. Es braucht einfach noch mehr Arbeit, und genau das will der Seattle Hub verfolgen.
„Im Moment ist die Technologie noch primitiv, aber vielversprechend“, fuhr er fort. „Die erste Version war ein bisschen wie ein Affe an einer Schreibmaschine, der willkürlich Tasten drückt. Jetzt können wir bestimmte Schlüssel biologisch bedingt machen. Und vielleicht kennt der Affe gerade vier Buchstaben, aber im Prinzip könnte dieser Wortschatz tausend sein.“
Es gibt wieder „im Prinzip“, aber der frühe Erfolg des Systems legt nahe, dass es sich hier um eine Frage der Forschung und Technik handelt – harte Arbeit, nicht die Hoffnung auf einen Durchbruch. Selbst wenn eine Zelle nur dann etwas „tippen“ könnte, wenn eine Handvoll Bedingungen eintreten, etwa ein erhöhter Spiegel dieses Moleküls oder ein Mangel an diesem Molekül, ist dies möglicherweise ein transformatives Werkzeug für die Biologie im Allgemeinen.
Eine frühe Nutzung des Systems ermöglichte es Forschern, genaue Abstammungslinien für einzelne Zellen zu finden, wie hier gezeigt. Bildnachweis: Seattle Hub für Synthetische Biologie
Es hilft, dass die verwendeten Werkzeuge grundsätzlich genauso zuverlässig sind wie nur möglich, da sie mehrere Milliarden Jahre lang in freier Wildbahn getestet wurden.
„Das Schöne daran, dies mit DNA zu tun, besteht nicht nur darin, dass wir etwas haben, auf das wir schreiben können, sondern dass die Aufzeichnungen, die Sie schreiben, auch originalgetreu an die nächste Zellgeneration weitergegeben werden.“ Und auch die eigentlichen Geräte, Sensoren, Schreiber, alle Komponenten, die wir für unser System benötigen, können in der DNA reproduziert werden, und die Zelle wird sie für uns bauen“, sagte Shendure.
Es ist im Allgemeinen auch ein großartiger Testfall für ein Crossover-Projekt mit mehreren Institutionen und Disziplinen. Die Allen-Gruppe von Forschungsorganisationen, die UW und viele vom CZI unterstützte Projekte und Organisationen arbeiten alle an verschiedenen Aspekten desselben allgemeinen Problems: bessere Einblicke in die Biologie mithilfe digitaler Tools wie KI sowie umfangreicher Daten und Berechnungen.
Die Wissenschaftler und Ingenieure beider Unternehmen füllen bereits die Büros der jeweils anderen in Seattle aus, das selbst zu einem Zentrum für Biotechnologie und KI geworden ist, und bald wird ein formellerer Raum entstehen.
Obwohl die Technologie noch einen langen Weg vor sich hat, gibt es dennoch realistische mittelfristige Ziele. Zwei prominente davon sind „Recorder-Zellen und Recorder-Mäuse“, also funktionierende biologische Systeme mit Selbstaufzeichnungssystemen – solche, die wir lesen können, was eine eigene Herausforderung darstellt.
Die Ergebnisse dieser Systeme und der Feedback-Mechanismus, wie sie das Proteindesign und die Aktivität auf Zell- oder Systemebene beeinflussen, sind ebenfalls ein Bereich, in dem die KI glänzen kann. Wie ein Gründer eines Biotech-Startups es ausdrückte, ist dieses Zeug wie „eine außerirdische Programmiersprache“, die Sprachmodelle überraschend gut entschlüsseln können. (Das Baker Lab der UW ist übrigens eine führende Autorität auf dem Gebiet des Proteindesigns und wird mit dem neuen Hub zusammenarbeiten.)
Doch so vielversprechend KI-Systeme es auch gibt, „das Feld ist sehr datenbegrenzt“, betonte Shendure. Mit Mikroskopie und Genomdaten hat man in mancher Hinsicht eine Menge, aber ein Live-Tagebuch, das eine Zelle über ihre eigene Aktivität schreibt, wäre eine Goldgrube für interessante biologische Prozesse, die in Echtzeit ablaufen.
Während es wahrscheinlich noch einige Zeit dauern wird, bis größere Ankündigungen oder Veröffentlichungen erfolgen, waren sich alle beteiligten Organisationen einig, dass es sich um eine offene Initiative handeln würde und „die Erkenntnisse des neuen Instituts umfassend mit der wissenschaftlichen Gemeinschaft geteilt werden, um den Fortschritt in den umliegenden Labors voranzutreiben.“ die Welt.“
Wenn sie gleichzeitig Wert schaffen – und wie Shendure betonte, ist es nicht unwahrscheinlich, dass man Geld und Menschen in ein so vielversprechendes Feld investiert –, dann werden sie das als Bonus betrachten.